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Há grandes esperanças no hidrogénio como a chave para a transição energética. Um grupo específico de enzimas encontrado em algas e bactérias pode produzir hidrogênio molecular simplesmente catalisando prótons e elétrons. No entanto, o grupo enzimático é tão sensível ao oxigénio que a utilização comercial do hidrogénio produzido por este processo como fonte de energia verde ainda não é possível. Pesquisadores do Cluster of Excellence RESOLV e do Research Training Group Microbial Substrate Conversion da Ruhr University Bochum aumentaram a estabilidade do oxigênio de uma enzima produtora de hidrogênio por meio de bloqueios de canais gerados geneticamente. Os pesquisadores que trabalham com o professor Thomas Happe, chefe do grupo de fotobiotecnologia, o professor Lars Schäfer, o professor Eckhard Hofmann e o professor Ulf-Peter Apfel publicaram suas descobertas na revista ChemSusChem.
Canais bloqueados melhoram a estabilidade do oxigênio
Uma metaloenzima com taxas de renovação catalítica particularmente altas de hidrogênio molecular é chamada [FeFe] hidrogenase. “A renovação do hidrogênio ocorre no sítio ativo, o cluster H, dentro da enzima”, explica Thomas Happe. “O hidrogênio produzido em seu interior viaja através de canais para sair da enzima”.
“Por outro lado, se a enzima for exposta ao oxigênio molecular, o oxigênio também usa canais específicos para viajar da superfície da enzima até o cluster H”, acrescenta a primeira autora Claudia Brocks. O aglomerado H é destruído ao menor contato com o oxigênio e perde a capacidade de produzir mais hidrogênio.
A equipe de pesquisa de Bochum conseguiu aumentar a estabilidade do oxigênio do [FeFe] enzima hidrogenase CpI e explica o efeito de proteção do oxigênio usando uma combinação interdisciplinar de métodos, incluindo mutagênese dirigida ao local, eletroquímica, cristalografia de raios X e simulações de dinâmica molecular. “Modificações genéticas seletivas em um canal enzimático alteraram a enzima hidrogenase CpI de tal forma que detectamos um aumento significativo na tolerância ao oxigênio e na resistência ao oxigênio por meios eletroquímicos”, explica Claudia Brocks. “Usamos simulação de dinâmica molecular para estudar modificações no canal. Nossa análise revelou bloqueios em um canal de água dinâmico recém-identificado próximo ao aglomerado H.” Thomas Happe acrescenta: “O efeito protetor contra o oxigênio prejudicial é baseado neste bloqueio do canal. O oxigênio só consegue penetrar no cluster H com dificuldade. Modificações estruturais locais podem levar a mudanças significativas na dinâmica das proteínas.”
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